De oorspronkelijke standaard heeft versienummer 1.0 en is zeer transparant en eenvoudig te
begrijpen. Deze standaard biedt de mogelijkheid maximaal zestien apparaten aan de
MIDI-bus aan te sluiten. Eerst kan men een MODE-instructie versturen, waarmee men:
- de gegevens naar alle apparaten kan versturen;
- de gegevens naar één specifiek apparaat kan versturen;
- de gegevens naar één stem van een meerstemmig apparaat kan versturen.
Nadien volgt een DATA-instructie, waarmee men:
- de toonhoogte van een noot kan bepalen;
- de tijdsduur van een noot kan vaststellen;
- de aanslagsterkte van een klaviertoets kan definiëren.
Helaas werd deze eenvoudige standaard snel ingehaald door de technologische ontwikkelingen. Vele apparaten kwamen op de markt die veel meer mogelijkheden hadden dan de 1.0-standaard kon bieden. Diverse fabrikanten begonnen daarom op eigen houtje de standaard uit te breiden, waardoor er helaas van compatibiliteit al snel geen sprake meer was. Met het voor de hand liggende gevolg dat een MIDI-file, die door één componist voor zijn apparatuur is geschreven op andere apparatuur heel anders klinkt. Een prachtige gitaarsolo wordt opeens een picolo! Hetzelfde kan gebeuren als men een MIDI-file van een of ander gespecialiseerde Internet-site download.
Om weer wat eenheid in de standaard te brengen heeft men de zogenoemde 'General
MIDI'-standaard uitgebracht. Dank zij deze standaard kan men bepaalde instructies
ondubbelzinnig aan bepaalde instrumenten koppelen. Zodat een DATA-byte, die bedoeld is
voor het aansturen van een piano, altijd bij een piano zal terecht komen en nooit meer bij een
drumbox. De 'General MIDI'-standaard is echter niet meer zo transparant als de
oorspronkelijke 1.0-standaard. Men kan zelfs gerust stellen dat deze nieuwe standaard alleen
na gespecialiseerde en grondige studie begrepen kan worden. Met deze uitgebreide standaard
kan men bijvoorbeeld zaken besturen als:
- 128 preset's voor speciale geluidseffecten;
- 'after touch', de drukgevoeligheid van sommige instrumenten;
- portamento-mogelijkheden;
- 'pitch bend', het glijdend veranderen van de toonhoogte van een signaal;
- 'breath control', de pneumatische controle van blaasinstrumenten;
- transposer-functies;
- diverse methoden van toonopwekking en -filtering, zoals VCO, DCO en VCF;
- besturen van omhullende generatoren;
- instellen van wiskundige algorithmes die op gegenereerde muziek toegepast kunnen worden;
- fase-, amplitude- en pulsbreedte-modulatie;
- 'split keyboard'.
De MIDI-standaard werkt met een seriële twee-draads verbinding en kent drie
aansluitingen:
- 'OUT';
- 'IN';
- 'THRU'.
Dank zij de 'THRU' kan men op een heel eenvoudige manier een muzikaal netwerk
samenstellen. De basisconfiguratie van een MIDI-systeem is getekend in onderstaande figuur.
De uitgang van de besturende controllerschakeling, dat kan een computer of een
zogenoemde 'sequencer' zijn, stuurt de gegevens via zijn 'OUT' naar de 'IN' van het eerste
apparaat van de keten. De gegevens worden in het apparaat verwerkt en via de 'THRU' van
het eerste apparaat uit de keten verder doorgelust naar de 'IN' van het tweede apparaat. Het
eerste apparaat van de keten kan eventueel via zijn 'OUT' gegevens terugkoppelen naar de 'IN'
van de controller. Dat is echter geen eis en er bestaan tal van MID-Inetwerken waar van deze
mogelijkheid geen gebruik wordt gemaakt. De besturende schakeling wordt de
'master-controller' genoemd, de overige apparaten de 'slave's'. Zoals reeds geschreven kan
men in principe tot zestien verschillende apparaten op deze manier met de master verbinden.
Dat kunnen synthesizers zijn, maar ook elektronische drumapparaten, rytmeboxen, etc. Het is
dus mogelijk vanuit één master een volledig elektronisch orkest te besturen!
Het communicatieprotocol van MIDI is in principe niets meer dan een aangepaste versie van
het standaard seriële protocol RS232C. Toch zijn er enige significante verschillen. Op
de eerste plaats werkt MIDI met een snelheid van 31,25 kBaud, hetgeen aanmerkelijk sneller
is dan de standaard 19,2 kBaud waarmee RS232C werkt. Toch is zelfs de snelheid van 31,25
kBaud voor sommige ingewikkelde netwerken te laag, waardoor er tijdvertragingen kunnen
optreden tussen het uitzenden van een instructie en de reactie van een van de slave's. Dat
probleem is echter technisch tamelijk eenvoudig op te lossen door het in het netwerk
opnemen van een zogenoemde 'star-expander'.
Op de tweede plaats werkt de MIDI-standaard niet met spanningen, maar met stromen. De
MIDI-hardware is op te vatten als een stroomlus, die een stroom van 5 mA door het netwerk
stuurt. Een tweede belangrijk kenmerk is dat deze stroom in het ontvangende apparaat steeds
door middel van een optische koppelaar wordt omgezet in een spanning. Dank zij deze
optische koppeling bestaat er een volledige galvanische scheiding tussen de diverse apparaten
die op het netwerk zijn aangesloten. Dat is zeer belangrijk, omdat het in praktische situaties
vaak voorkomt dat niet alle apparaten via een geaard stopcontact aan elkaar hangen. Er
kunnen dan tamelijk grote spanningsverschillen ontstaan tussen de chassis van deze
apparaten. Zonder de volledig galvanische scheiding zou dit grote problemen kunnen
veroorzaken! De basisopzet van deze optische stroomlus is getekend in onderstaande figuur.
Pen 4 van de 'OUT' van de zender (rechts in de figuur) is verbonden met een
positieve voedingsspanning. Deze pen gaat naar pen 4 van de 'IN' van de ontvanger. Tussen
deze pen en pen 5 van de 'IN'-connector staat een optische koppelaar geschakeld.
Pen 5 van de 'IN' van de ontvanger gaat via de kabel weer terug naar pen 5 van de 'OUT' van
de zender (links), waar meestal een open-collector poort staat die deze pen naar de massa
trekt. Op dat moment gaat er stroom door de gesloten keten lopen en de LED uit de optische
koppelaar licht op. Over de LED van de optische koppelaar is steeds een tweede diode
geschakeld. Deze staat echter in sper ingesteld.
De belangrijkste eigenschap van de MIDI-stroomlus is dat gewerkt wordt met negatieve logica. De stroomlus moet uiteraard met spanningen gestuurd worden. In de meeste gevallen zullen dat de normale 'L'- en 'H'-signalen zijn van een computer, waarbij 'L' staat voor een spanning kleiner dan 0,4 V en 'H' voor een spanning groter dan +2,4 V. De stroom gaat door de keten lopen als er op de ingang van de open-collector poort een logische 'L' wordt aangelegd.
Als gestandaardiseerde connector voor het MIDI-systeem heeft men gekozen voor de oude,
vertrouwde 5-polige DIN-connector. De vijf pennen van deze connector staan, zie
onderstaande figuur, over een hoek van 180° verspreid. De pennen 1 en 3 worden niet gebruikt. De twee pennen 4 en de twee pennen 5 worden simpelweg met elkaar verbonden. Let op dat sommige kant-en-klare DIN-kabels bedoeld zijn voor audiogebruik en kruiselings gekoppelde aansluitingen hebben. Dan gaat pen 4 van de ene connector naar pen 5 van de andere en vice versa. Deze kabels zijn dus niet geschikt voor het MIDI-protocol!
Een tweede belangrijk punt is dat de afscherming van de kabel alleen bij de 'OUT'- of 'THRU'-kant verbonden wordt met pen 2 van de connector. Aan de 'IN'-kant mag deze aarding niet aanwezig zijn! Alleen op deze manier kan de absolute galvanische scheiding tussen de diverse apparaten gegarandeerd worden.
In onderstaande figuur is een praktische elektronische vertaling van het principe van
de stroomlus getekend. De +5 V gaat via een weerstand van 220 Ohm naar pen 4 van de
'OUT' van de master. Via de kabel komt het signaal op pen 4 van de 'IN' van de slave.
Vandaar gaat het signaal via een weerstand van 220 Ohm naar de lichtgevende diode in de
optische koppelaar TIL112. De kathode van deze LED gaat naar pen 5 van de 'IN' van de
slave en via de kabel terug naar pen 5 van de 'OUT' van de master. Via een derde weerstand
van 220 Ohm gaat het signaal naar de collector van een PNP-transistor. De basis van deze
transistor wordt via de diode 1N4148 met de +5 V voeding verbonden.
In rust is er geen spanningsverschil aanwezig tussen de emitter en de basis en de transistor zal niet geleiden. Er vloeit geen stroom door de keten. Wordt de ingang echter naar 'L' getrokken, dan zal er via de weerstand van 10 kOhm een stroom gaan vloeien door de basis-emitter overgang van de transistor. De halfgeleider gaat geleiden en de stroom vloeit door de keten. De LED in de TIL112 licht op. Deze stuurt de fototransistor in de koppelaar in geleiding. De positieve spanning die op de emitter ontstaat wordt via de transistor BC547B omgezet in een 'L' op de collector. Een 'L' op de stuuringang van de master heeft dus een 'L' op de uitgang van de slave tot gevolg.
Het zal duidelijk zijn dat het niet zonder meer mogelijk is de 'THRU'-connector in de
stroomlus tussen de 'OUT' en de 'IN' op te nemen. Tussen de 'IN' en de 'THRU' moet een
kleine interface worden opgenomen, die ervoor zorgt dat de primaire stroomlus een
secundaire stroomlus genereert. In onderstaande figuur is een praktische schakeling
getekend, die zowel de 'OUT', de 'IN' als de 'THRU' vanuit drie lijnen van een microprocessor
bestuurt.
Interessante elektronica links
Klik hier ... Kattenschrikdraad installatie houdt katten in of uit uw tuin
Klik hier ... Boeken voor de elektronicus
Klik hier ... Software voor schema tekenen, print ontwerpen en simulatie
Klik hier ... Goedkope digitale oscilloscopen, via USB aan te sluiten op uw PC
Klik hier ... Goedkope meetapparatuur voor het testen van uw onderdelen
Klik hier ... Draadloze elektronica in uw huis
Klik hier ... Inbraakalarm van Marmitek en KlikAanKlikUit
Klik hier ... Bespaar energie met PowerSafer
Klik hier ... Goedkope dataloggers voor t, RH, CO, V en I
Klik hier ... Educatieve producten voor het basisonderwijs